Les microorganismes du rumen dégradent et fermentent les fourrages ingérés par les ruminants alors que les enzymes du tube digestif des animaux n’en sont pas capables. Ils transforment la matière organique des aliments en acides qui assurent l’essentiel des apports énergétiques aux ruminants. Les protéines des microorganismes synthétisées dans le rumen sont ensuite digérées dans l’intestin où elles apportent la majeure partie des acides aminés. Les gaz qui sont éructés représentent une perte énergétique de l’ordre de 10 % de l’énergie ingérée ; en outre, ils contribuent à aggraver la concentration des gaz à effet de serre autour de notre planète.
On sait que la qualité de la production de lait ou de viande par les ruminants est largement influencée par la nature des produits terminaux de la fermentation dans le rumen mis à la disposition des animaux. Il est désormais possible, en agissant sur l’équilibre de la population microbienne dans le rumen, de contrôler le lieu de la digestion (rumen ou intestin) et (ou) d’orienter les fermentations dans le rumen vers la formation des produits terminaux désirés.
Structure et fonction du rumen
Le ruminant avale son repas en quelques minutes et l’entrepose dans le premier compartiment, le rumen ou panse, qui avoisine les 200 litres. La nourriture se trouve alors au contact d’une flore digestive constituée de milliards de bactéries commensales qui ont la faculté de pouvoir digérer la cellulose alors que l’organisme des autres mammifères n’en est pas capable. Dans la panse, la nourriture s’agrège en petites boules appelées bols alimentaires. Lorsque la digestion bactérienne est suffisamment avancée, l’animal régurgite les bols alimentaires, jusqu’à 60 fois/jour, pour pouvoir les mâcher et les avaler de nouveau. Chaque fois qu’il remâche, la nourriture devient plus facile à digérer. Une fois que les particules alimentaires ont atteint une taille inférieure à 0,5 mm, elles peuvent passer vers le réseau, le feuillet et la caillette.
Les acteurs de la fermentation ruminale
Le rumen est le premier et le plus grand compartiment de l’estomac des animaux ruminants. Il abrite un microbiote ruminal diversifié: environ 200 espèces de bactéries, des protozoaires et des champignons. Ces micro-organismes travaillent ensemble pour digérer les végétaux indigestibles par les monogastriques et produire des acides gras volatils (AGV) qui servent de principale source d’énergie. Les bactéries fibrolytiques, amylolytiques et les protozoaires jouent des rôles complémentaires dans la dégradation des fibres et des glucides.
Bactéries et leurs rôles
Les bactéries fibrolytiques telles que Fibrobacter succinogenes, Ruminococcus albus et Ruminococcus flavefaciens adhèrent aux fibres et sécrètent des cellulases et hémicellulases. Leur développement est favorisé par un pH ≥ 6,5. Les bactéries amylolytiques, dont Streptococcus bovis et Prevotella ruminicola, digèrent l’amidon et préfèrent un pH ruminal plus bas (≤ 6), produisant du propionate. Les bactéries constituent plus de la moitié de la biomasse microbienne et sont majoritairement fixées sur des particules alimentaires.
Protozoaires et champignons
Les protozoaires, plus grands que les bactéries, peuvent représenter jusqu’à 40 % de la biomasse microbienne et régulent la vitesse de fermentation, stockent l’amidon et participent à la digestion des glucides pariétaux. Les champignons, surtout Neocallimastix et Piromyces, sécrètent des enzymes pour la dégradation des fibres lignifiées et ouvrent l’accès des substrats; leur rôle est mineur par rapport aux bactéries mais synergique.
Archées méthanogènes et gaz
Des archées méthanogènes utilisent le dihydrogène (H2) pour réduire le CO2 en méthane (CH4). Cette réaction est nécessaire car l’accumulation de H2 inhiberait les fermentations. Dans le gros intestin, les bactéries acétogènes remplissent aussi des fonctions importantes et les archées n’interviennent pas directement dans la digestion ruminale.
Produits de la fermentation et nutrition
La dégradation des glucides conduit à la production d’AGV: acétate, propionate et butyrate, puis du méthane et du CO2. Les AGV fournissent 70 à 80 % des besoins énergétiques du ruminant. L’acétate soutient le métabolisme énergétique et la production de matière grasse; le propionate est un précurseur du glucose et important pour la production de lait et la croissance musculaire; le butyrate nourrit les cellules du rumen et stimule leur développement. Les protéines microbiennes synthétisées à partir de l’azote disponibles dans la ration complètent l’apport protéique de l’animal après passage dans l’intestin.
Protéolyse et nutriments azotés
La protéolyse est principalement réalisée par les bactéries et les protozoaires; les champignons interviennent faiblement. Les protéines microbiennes sont ensuite digérées dans l’intestin et apportent des acides aminés équilibrés, améliorant la valeur biologique des matières azotées ingérées. Le recyclage de l’azote sous forme d’urée et d’urée salivaire permet de compenser partiellement la faible teneur en azote des aliments et d’apporter l’azote nécessaire au microbiote ruminal.
Équilibre, nutrition et environnement
L’efficacité de la fermentation ruminale dépend d’un équilibre de la flore microbienne et d’un régime alimentaire stable et bien ajusté. L’équilibre est influencé par le ratio entre fourrages et concentrés: trop d’amidon acidifie le rumen et peut réduire la digestion des fibres, affectant la production de lait et sa teneur en matières grasses. Le pH ruminal et le potentiel redox servent de paramètres d’évaluation de l’activité microbienne et de la santé du rumen.
Pour optimiser la fermentation, des stratégies alimentaires et des additifs microbiennes peuvent être utilisées. Des levures vivantes et des associations levures/bactéries lactiques peuvent stabiliser le pH, améliorer la digestion des fibres et fournir des nutriments essentiels. D’autres approches visent à réduire les émissions de méthane par modification de la ration, ajout de lipides, tanins ou autres additifs, et en s’inspirant des microbiotes d’autres herbivores comme le kangourou.
Le rumen dans le contexte environnemental
La fermentation entérique des ruminants est une source significative d’émissions de méthane. En 2017, ces émissions représentaient environ 4% des émissions totales d’origine anthropique dans le monde; en France, le méthane issu de la digestion animale représente une part majeure des émissions agricoles. Optimiser le rumen contribue non seulement à la santé et à la productivité animale mais aussi à l’atténuation de l’impact environnemental de l’élevage.
Le rumen est un écosystème dynamique où la prédigestion, la régulation du pH et la coordination des activités microbiennes supportent la valorisation des fibres végétales et la production d’énergie. L’équilibre du microbiote influence directement la performance de l’animal et son empreinte écologique.
- Le rumen agit comme un large fermenteur anaérobie avec des conditions spécifiques (pH, température, phase liquide et solide).
- Les bactéries, protozoaires et champignons dégradent les molécules végétales et produisent des AGV;
- Les AGV alimentent l’animal, les protéines microbiennes nourrissent l’intestin, et les gaz représentent une perte énergétique.
- Les stratégies d’optimisation incluent la gestion de la ration, les additifs et des approches environnementales pour réduire les émissions.
Une meilleure compréhension et maîtrise de la fermentation ruminale permet d’orienter les fermentations vers les produits souhaités, tout en protégeant la santé des animaux et l’environnement.
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